化学探究式教学设计与案例

1化学探究式教学设计与案例余建新一、科学探究的本质和价值初中化学课程改革的一个重要而具体的目标，就是要改变至今仍普遍存在的学生被动接受、大运动量反复操练的学习方式，提倡学生主动参与的探究式学习。在遵循新课程标准编写的初中化学教材中，也设计了大量科学探究活动，让学生体验主动探究过程，在获得化学知识和技能的同时，受到科学方法的训练，形成相关的情感、态度和价值观等。可以说，强调学习方式的转变是当前初中化学课程改革中的一大“亮点”，这对于改变化学教学中长期存在的学生被动接受学习的状况；对于以往过分重视化学基础知识的系统掌握，而忽视情感、态度与价值观、综合解决问题的能力、动手能力等，从教育理念更新到教学实际变化都具有重要的现实意义。那么，科学探究的本质是什么?在初中化学教学中提倡科学探究的价值体现在哪些方面?这是我们首先应当明确的问题。(一)科学探究的本质科学探究是“科学家用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的不同途径，也指学生用于获取知识、领悟科学的思想观念和科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。”因此，科学探究具有双重含义。之所以给予科学探究这样的内涵，是由于学生的科学探究式学习活动在本质上与科学家的科学探究活动有很多相似之处。在讨论科学教育的文献以及化学课程标准中，不管是使用探究还是科学探究这个词，除特别注明外都是指探究式的学习活动而非指科学家的探究。我们可以从以下几个侧面来理解初中化学课程标准中科学探究的本质。1．科学探究作为一种学习方式科学探究作为一种学习方式是与接受式学习相对的。它是指这样一种学习活动：学生通过自主地参与获得知识的过程，掌握研究自然所必需的探究能力；同时，形成认识自然的基础——科学概念；进而培养探索未知世界的积极态度。因此，它是一种在好奇心驱使下、以问题为导向的、学生有高度智力投入且内容和形式都十分丰富的学习活动。其基本特征可以概括为“活”和“动”两个字。“活”一方面表现为学生的积极性和主动性，另一方面表现为学习活动的生成性。教室里实际所发生的一切不可能都由教师所预设，学生的思维常常进发出令教师意想不到的智慧的火花；“动”表现为学生真正的动手操作、动眼观察、动脑思考。2．科学探究作为一种教学策略作为一种教学策略，科学探究是指教师通过引发、促进、支持、指导学生的探究活动，来完成化学教学任务的一种教学思想、教学模式和教学方法。这种教学策略可以简称为“探究性教学策略”，而实施探究式教学策略的教学则可以称为“探究性教学”。这是素质教育特别是培养学生创新精神和实践能力的教学理念催生出的一种全新的教学策略。教师的探究性教学策略与学生的探究式学习活动是相互依存的关系。教师实施探究性教学策略的目的在于使学生开展探究式学习活动，进入运用探究式学习2方式进行学习的状态。一般而言，在化学课程的教学中，如果教师不实施探究性教学策略，学生就很难进入探究式的学习状态；如果学生未进入探究式学习状态，那就意味着教师未实施探究式教学策略或虽已实施但未达到预期目的。但探究性教学策略与探究式学习方式又有本质的区别。探究性教学策略的实施主体是教师，探究式学习方式的实施主体是学生。在教师成功实施探究性教学策略的情境下，学生既是探究式学习活动的主动者，又是教师探究性教学策略的受动者。3．科学探究作为一项教学内容科学探究作为初中化学课程的一项重要教学内容，主要是在化学教学中，要增进学生对科学探究过程的理解，发展学生的科学探究能力，并让学生学习基本的实验技能。因此，初中化学课程中所倡导的科学探究承载着化学知识技能的掌握、科学探究能力的发展、科学精神和科学思维习惯的培养等多重任务。(二)科学探究的价值科学探究无论是作为一种学习方式、一种教学策略或是一项重要的教学内容，在初中化学课程改革中都有着独特的不可替代的价值。对于科学探究，我们至少可以做出以下几方面的价值定位。1．具有时代意义将科学探究放在核心地位是面向未来、面向世界和实现国家发展的需要。近20年来，无论是人类所面临的日益严重的全球性问题、国家间日益激烈的国力竞争，还是学校教育的现状，都促使世界各国特别是西方发达国家不约而同地把目光投向中小学教育特别是科学教育的加强和改进。因为在人类共同生活的地球上，我们的生存环境和生活质量越来越依赖于科学技术的发展及其正确应用。为此，通过优质的基础教育特别是科学教育，提高全民的科学素养就成了当今世界上一个国家谋求发展的战略。正是基于这样的考虑，任何有远见的政府和社会对于科学教育都永远不会满足于已有的成就而不思改进。作为美国2061计划第一个标志性成果的《面向全体美国人的科学》一书导言中有一段话：“目前的科学教材稻教学方法问题很多，实际上常常阻碍科学素养的提高。它强调的是现成答案的学习而不是问题的探索，注重记忆而牺牲了批判性思考，用零碎信息的获取代替情境化知识的理解、背诵代替论辩、读代替做。学校也没能激励学生合作学习、彼此自由地交流思想和信息，或者运用现代教学手段发展学生的思维能力。”对照美国的情况，我们没有理由感到庆幸和乐观。因此，在新一轮的国家基础教育课程改革中，特别强调学生学习方式的改善。在化学课程标准中，将科学探究作为核心，这是科教兴国战略在化学课程改革中的具体体现。如果学生的学习方式依旧，那么培养创新精神、实践能力就是一句空话。2．对我国传统文化背景下的课程进行改革的意义我国传统的化学课程教材存在学科中心倾向，如过分重视学科的系统性、完整性，忽视学生的接受能力和学习的兴趣，忽视化学知识在日常生活和社会生产中的应用；这种知识中心倾向还表现在过分重视学习目标中基础知识的掌握，而对其他目标，如态度与价值观、问题解决等综合能力、动手能力，以及行为习惯等方面重视不够或落实不够；传统的化学课程教材存在书本中心倾向，如过分重3视间接经验的系统传授和获得，忽视学生直接经验的获得，尤其是忽视给学生提供机会让他们从事自主探究、课题研究、社会调查等活动，这些直接的经验给学生带来的体验、感受、经历具有重要的教育价值，而我们忽视这些经验给学生带来的重要教育意义。‘这次课程改革的核心目标是实现课程功能的转变，就是要改变过于注重传授知识的倾向，强调形成积极的学习态度，使获得知识与技能的过程成为学会学习和形成正确价值观的过程。要实现这样的课程目标，知识与技能、过程与方法、情感态度价值观的目标就必须三位一体地融合在具体的学生学习活动中，而不能将它们割裂开来，分别灌输给学生。为此，至少对于理科教学来说，科学探究性学习是一个比较理想的载体。好的探究性学习活动，通过富有启发性的问题，或者用能有效地激起问题的事物或现象，驱动学生积极主动地进行观察和实验等收集事实证据的活动、提出和求证假说以及做出解释等积极构建知识的活动；通过交流甚至辩论，使学生得以评判自己和他人的解释，不仅能扩展自己对知识的理解，而且提高质疑、推理和批判性地思考科学现象的能力。通过真正的“做”科学，可以保持学生独立的持续探究的兴趣、丰富学生的学习体验、养成合作与共享的个性品质等，学生既学到知识内容，又掌握更深入地运用和探究那些知识所必需的思维方法，使探究能力得以提高，同时形成正确的对待科学问题的态度。3．科学探究是学生获得知识的重要途径过去30年来，对学生学习科学的大量深入、系统地研究，对传统的“以教为中心”的科学教学模式提出了越来越大的挑战。我们的学生到底是怎样掌握科学知识的?一般认为是我们教会的，我们不教他们怎么会呢?而事实上，学生并不是带着一个空空的脑袋来到我们的科学课堂上的，对于不少问题，他们心中早已有了自己的一套“理论”。最要紧的是，这些常常与科学理论相悖、同时也往往被我们想当然地认为是不屑一顾或不堪一击的“理论”，确是学生长期经验加智力活动的产物，是他们“心中的科学”。实际上，对于不少内容，灌输式的科学教学对于学生来说，是外加的甚至怪异的科学知识去与学生基于好奇的天性而自发探究所获得的成果进行竞争!有科学的权威、教师的权威以及考试的权威在手，我们可以暂时领先。但这样的胜利不仅很快会成为过眼烟云，而且为它付出的代价，不是学生心灵上对科学的排斥甚至厌恶，就是科学精神的缺失。探究式学习中，学生自己的理解是应该得到充分尊重的，因为他们是学习过程的基本起点和贯穿始终的最活跃的因素。学习活动实质上就是学生自己的想法、他人的观点以及观察实验结果之间直接互动的过程，经历这样的过程，学生才可能通过认知冲突体会到个人理解的局限和科学理论的优越所在，为前者向后者的转化铺平道路。否则，岁月很快会冲刷掉学生心中被硬贴上去的东西，留下的只有他们自己的“科学”。当然，初中化学课程中倡导科学探究，并不是对其他教学方式的否定。探究式学习同传统的教学方式、方法，应当彼此取长补短，互相促进，不可偏废。实际上，在以往的初中化学教学和教材中，我们也都可以找到探究的实例。比如，和酸发生置换反应时金属活性的对比、几种溶液pH的对比等；就是在习题训练中，我们也可以找到探究性策略的痕迹；再如，化学教学中的演示实验，以前我们主要强调的是它的直观性、有利于学生观察实验现象、形成概念等，以探究的思想审视之，则应当至少注意揭示其中探究问题的方法。例如，如何进行对比实4验，如何获得有效的证据等。这样，传统的教学方法就富有了新的内涵。简言之，就是应当将探究作为一种教学指导思想，并用它重新审视传统教学方式的优缺点，改造传统的化学教学，使之更适合学生学习和发展的要求。二、化学科学探究的要素和目标《化学课程标准》中，科学探究过程主要有以下8个要素组成：①提出问题②猜想与假设③制定计划④进行实验⑤收集证据⑥解释与结论⑦反思与评价⑧表达与交流这8个要素之间的关系可以用下图表示：观念层面操作层面观念层面对以上几个要素，课程标准中对其教学特征做了以下说明：第一，在探究活动中，各要素呈现的顺序不是固定的，如‘‘进行实验’’既可作为收集证据的途径。也是提出问题或做出假设的一种依据；第二，初中化学课程中的探究活动可以有多种形式和不同的水平层次。探究活动包括实验、调查、讨论等多种形式。活动中包括的探究要素可多可少，教师指导的程度可强可弱，活动的场所可以在课堂内也可以在课堂外，探究的问题可来自书本也可源于实际生活；第三，科学探究既作为学习的方式，又作为学习的内容和目标，必须落实在其他各主题的学习中，不宜孤立地进行探究方法的训练，等等。实际上，在初中化学课堂教学中，特别是在对学生掌握化学知识内容有明确要求的教学中，要组织在以上8个要素上都有高度探究性的活动是不容易的，也无必要刻意追求这样的境界。而是应当根据不同的教学内容、学生的知识水平、能力水平等情况，进行包括某些过程要素的部分探究或进行包括所有过程要素的整体探究。而且，根据不同的情况，教师在活动中起组织作用的程度和学生自主设计进行探究的程度可以各有不同。(一)提出问题科学探究是从提出问题开始的。爱因斯坦说：提出问题比解决问题更重要。此处，我们所指的问题是可调查的问题，即可以通过科学探究来回答的问题，也5可称之为科学性问题。但是，应当明确学生提出一切种类的问题的价值，以避免造成只有可调查的问题才是值得提出问题的印象。提出多种多样的问题，包括表达不好或表达不清的问题，对学生的学习是重要的。因为通过提出问题，学生可以将一个经验与其他经验之间建立联系并理解世界的意义。但是，如果教师以至学生自己能够认识到通过科学探究可以回答以及通过科学活动不能解决的问题之间的区别，这样的学习是有帮助的。一个适合探究的问题至少具有两个特征。即这个问题必须有一定难度、需要学生进行解释并且能够为学生所理解的问题；这个问题必须能激发学生的好奇心和探究欲望。下面的一则案例或许能较好地说明这两个特征，也能给我们一些启发。【案例1】燃烧和缓慢氧化教师是这样提出问题的：“1854年5月30日，英国战舰‘欧罗巴’按照作战命令开始了远涉重洋的远航，它的船舱里结结实实地装满了供战马吃的草料。两个多月后，船舱突然冒出熊熊大火，大火迅速吞没了整艘战舰，片刻之间战舰便葬身海底，全舰官兵、战马无一生还。事后，化学家们根据英国军事保安部门提供的材料，准确地找到了‘纵火犯’—